土壤空间变异性研究评述

在研究方法上，土壤空间变异性研究经历了由定性描述到传统统计学、再到地统计学的不断改进过程，而研究内容也由对单一特性的研究逐渐转向多特性的研究。土壤空间变异性研究虽取得了明显的进展，但也存在地统计学方法在实际应用中主观性太强，土壤综合特性的空间变异性研究、时空结合的变异性研究以及与数学模型有机结合研究不够深入等问题。文章在分析国内外研究现状的基础上，提出了亟待深入研究的若干问题，对这些问题的研究有助于“数字土壤”、“精准农业”和生态环境建设的实施。     

土壤养分的空间变异性及确定样本容量的研究

从澄城、杨陵两地田块均匀多点采取的土样测定结果表明,土壤有机质、硝态氮、铵态氮和水分具有很大的变异性,这种变异性不仅表现在水平方向,也表现在垂直方向,但不同养分在垂直方向上的变异规律不尽相同。因此,在一定精度要求和误差范围内,相同养分在不同土层中的样品容量也不完全相同。只有根据误差理论确定出每层所需的样品容量,才能保证不同土层间的测定结果具有相互可比性。这一研究结果,对指导合理取样和决定样品容量,准确评价不同土层的养分含量,以及研究养分的动态变化等具有一定的参考价值。     

用于研究土壤孔隙三维结构的连续数字图像的制备

主要介绍了一种用于分析土壤孔隙三维结构的连续数字图像的制备方法,内容包括土样的处理、不同格式图像之间的转换、孔隙结构分析指标等;对一类具体土壤的研究结果表明,在2cm的间距内,土壤孔隙结构仍存在较为明显的异质性。     

利用数字图像分析土壤表面裂隙的方向分布

利用二维数字图像方法研究了在土壤干燥过程中表面裂隙方向分布的演化状况。结果表明,随着干燥过程的持续,裂隙的长度、宽度、面积和分数维均趋于增加,但裂隙的方向分布则逐渐趋向均匀。     

土壤养分空间估测方法研究综述

土壤养分是土壤提供的植物生长发育所必需的营养元素。由于受到自然因素和人为因素的共同作用,土壤养分具有高度的空间变异性。土壤的这种特性不仅表现在区域尺度上,而且也表现在田块尺度上。在研究方法上经历了从传统统计学到地统计学,再到神经网络、地理信息技术以及高精度曲面建模等新方法的不断改进过程。文章从地统计学方法引入到土壤养分空间变异研究中为出发点,论述了国内外基于地统计学的土壤养分空间变异的研究现状,主要包括利用地统计学方法来确定合理的土壤采样数目,土壤养分空间变异的定量化研究,土壤养分空间变异的尺度效应;然后简述了神经网络、地理信息技术、高精度曲面建模等技术在土壤养分空间变异研究中的研究现状和应用。最后对比分析了各种研究方法在应用中存在的缺陷,同时指明了今后应加强作物生长的不同时期土壤养分的空间变异性、土壤在四维空间尺度上的演变机理以及环境信息获取的不确定性等方面的研究。     

土壤养分空间估测方法研究综述

土壤养分是土壤提供的植物生长发育所必需的营养元素。由于受到自然因素和人为因素的共同作用,土壤养分具有高度的空间变异性。土壤的这种特性不仅表现在区域尺度上,而且也表现在田块尺度上。在研究方法上经历了从传统统计学到地统计学,再到神经网络、地理信息技术以及高精度曲面建模等新方法的不断改进过程。文章从地统计学方法引入到土壤养分空间变异研究中为出发点,论述了国内外基于地统计学的土壤养分空间变异的研究现状,主要包括利用地统计学方法来确定合理的土壤采样数目,土壤养分空间变异的定量化研究,土壤养分空间变异的尺度效应;然后简述了神经网络、地理信息技术、高精度曲面建模等技术在土壤养分空间变异研究中的研究现状和应用。最后对比分析了各种研究方法在应用中存在的缺陷,同时指明了今后应加强作物生长的不同时期土壤养分的空间变异性、土壤在四维空间尺度上的演变机理以及环境信息获取的不确定性等方面的研究。     

崇明县土壤主要理化指标的空间分布与变异特征

于上海市崇明县(崇明岛、长兴岛、横沙岛3岛)采集0～20 cm表层土壤样品128个,采用经典统计学和地统计学相结合的方法,分析土壤有机质、全氮、有效磷、有效钾含量和土壤电导率、容重、pH值等数据,研究土壤特性的空间分布规律.结果表明:崇明3岛有效磷和电导率的分布具有强变异性,pH值的变异强度最弱,其他土壤特性均具有中等变异强度.土壤容重和pH值具有很强的空间相关性.而土壤有机质、全氮、有效磷和有效钾的空间相关性最弱,其分布受随机因素影响较大.Kriging空间插值分析表明,受农事活动和城镇效应的影响,崇明岛土壤有机质和全氮含量高值区主要集中于人为活动比较密集的地区,土壤容重和pH值分布趋势基本一致,呈现由东西两端向岛中央递减的趋势.崇明岛土壤有机质、全氮、有效磷和有效钾含量两两间呈显著相关关系(α=0.01).     

内蒙古辉河自然保护区植物功能型的空间变异性研究

为了揭示辉河国家级自然保护区不同功能区植物功能型及生物多样性的变化特征,采用样带与样地结合的方法在核心区、缓冲区和实验区进行植被调查。选取3块生境条件基本相同的样地(面积为250 m×250 m),每块样地设置3条样带,每条样带上设置8个样方(面积为1 m×1 m)。分析丰富度指数、多样性指数、群落生物量和生活型植物功能型在不同功能区的空间变异性。结果表明,研究区植物以多年生杂类草和多年生禾草为主;在核心区和缓冲区,多年生禾草和多年生杂类草的物种数较多,一年生草本极少;在实验区,多年生禾草和多年生杂类草等功能型的物种数明显减少,而一年生草本增加。从核心区、缓冲区到实验区,灌木的优势度逐渐增加,与核心区相比,缓冲区多年生禾草和多年生杂类草的优势度无显著差异(P0.05);实验区多年生禾草和多年生杂类草的优势度均显著低于核心区相应功能型的优势度(P0.05),而一年生草本的优势度从核心区、缓冲区到实验区依次增加。多年生禾草、多年生杂类草的生物量及群落总生物量从核心区、缓冲区到实验区依次减少;灌木和一年生草本的生物量则依次增加。缓冲区物种Patrick丰富度指数最高,且显著高于实验区和核心区(P0.05);与核心区相比,缓冲区Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均无显著差异(P0.05)。     

不同尺度下耕地土壤Cr含量的空间自相关性分析

以山东省禹城市耕地土壤重金属铬(Cr)元素为例,采用Moran’s I统计量对县级和镇级两个不同取样尺度下Cr含量的空间自相关关系、空间相关尺度和空间分布规律进行了对比研究.结果表明:1)随着研究尺度的增大,Cr含量的变异系数增加,块基比(C0/Sill)减小,空间结构性增强;2)两个尺度下Cr含量Moran’s I指数都大于0,表明研究区内两个尺度下的Cr含量都存在空间正自相关,且Moran’s I指数随着研究尺度的增加而增大;3)Lisa聚类图表明,两个尺度下Cr含量都存在空间聚集区和空间孤立区,其中"高—高"空间聚集和"低—高"空间孤立区域存在潜在Cr污染风险.研究表明小尺度下能够观察到大尺度下观察不到的细微差别,研究可为土壤重金属环境质量评价和重金属污染防治提供重要参考.图4表2参23     

红壤丘岗坡地土地利用与土壤水分的时空变化关系

利用连续2a土壤水分定位观测数据,对红壤丘岗坡地不同土地利用类型与土壤水分时空关系的研究结果表明：（1）生长季（3—10月）不同土地利用类型之间0—90cm深土壤平均含水量差异显著,丰水年的差异比平水年大。（2）不同水文年同一土地利用类型土壤水分季节变化差异明显。丰水年土壤水分含量较高,年内变化较平稳,土壤基本处于湿润状态;而平水年土壤水分先升高后显著降低再缓慢升高,出现明显的干湿交替。（3）从丰水年到平水年土壤水分的剖面结构类型没有发生改变,湿地松区属波动型,其他4种土地利用类型属增长型。（4）土壤水分沿坡位的年内变化始终是坡上大于坡下,持续干旱能减少土壤水分沿坡位分布的变化幅度。     

岩溶山地生态退化的海拔空间变异

为揭示岩溶山地生态退化的海拔空间变异,应用地统计学对地处滇黔桂连片岩溶腹地,海拔变化范围广的贵州省毕节地区生态退化指标的垂直梯度空间变异进行分析.石化率的半变异函数最佳理论模型为线性有基台模型,植被覆盖率、土壤砾石率为球状模型.植被覆盖率的空间异质比为22.32%,具有强烈的垂直梯度空间相关性,主要受到随海拔梯度变化的自然性控制因素的作用;石化率、土壤砾石率的空间异质比分别为34.38%、25.97%,均具有中等程度的垂直梯度空间相关性,受随机因素的作用较大.土壤砾石率、植被覆盖率的变程分别为968.10、859.48 m,受因素影响的海拔范围都较宽;石化率的变程为52.28 m,受因素影响的海拔范围很窄.石化率、植被覆盖率的Moran′s Ⅰ系数随海拔梯度变化的趋势相类似,但土壤砾石率的Moran′s Ⅰ系数随海拔梯度变化的趋势与石化率、植被覆盖率的差别较大.     

天津市郊农田土壤中有机氯农药残留的局地分异

在天津3处典型污灌与非污灌农田各采集了10个表土样品，测定了其中α-HCH，β-HCH，γ-HCH，δ－HCH、p,p'-DDE,p,p'-DDD,p,p'-DDT和p'-DDT等8种有机氯农药含量，籍以研究该地区有机氯农药在地块中的局部分异。结果表明，所研究地块中两类化合物含量均表现出显著的非均一特征。其中污灌土地中的（DDT）以及污灌农田中的HCH含量都具有与灌溉方向密切相关的空间分布特征。这样的规律性空间变异导致他们的空间波动幅度高于其他地块。鉴于上述趋势性和非趋势性空间分异，在开展相关时人有必要在目标地块中采集重复样或混合样。     

合山煤矸石堆周边土壤中多环芳烃的空间分布特征

选取广西合山的一座煤矸石堆,研究其周边土壤中多环芳烃(PAHs)的空间分布特征。沿西南、东北、东南3个方向,采集距煤矸石堆不同距离不同深度的土壤样品。结果表明:在该研究区域内16种优先控制PAHs均有检出,5~15、45~55和85~95 cm深度土壤PAHs总含量范围分别为1 152.0~11 146.4、241.8~4 867.7和116.4~2 666.0μg·kg-1,存在严重的生态风险;平面上,随距矸石堆距离由近及远,土壤中PAHs含量由大到小变化,垂向上,由浅到深,PAHs含量也呈递减变化,且沿程与垂向上的变化趋势都是先急后缓;土壤中PAHs含量的平面分布主要受控于风向和坡度,垂向分布受控于PAHs本身的水溶性和土壤性质;通过相关分析认为Nap、Phe、Fle、Bbf、Chr和Fla这6种化合物是研究区煤矸石堆周边土壤中PAHs的特征化合物类型,重环PAHs相较于轻环PAHs受除煤矸石堆以外的其他污染源的影响较小。     

基于InVEST模型的三峡库区(重庆段)生境质量时空演变分析

为识别生境质量优劣的具体区域,揭示土地利用变化下生境质量时空演变特征,对集大农村、大库区于一体的三峡库区(重庆段)开展生境质量研究.以2000、2010及2020年土地利用数据为基础,运用InVEST模型对三峡库区(重庆段)2000—2020年生境质量进行定量评价,并结合转移矩阵方法挖掘了生境质量退化的具体区域.结果表...     

乌梁素海流域土壤盐分和pH值空间分布格局研究

土壤盐碱化是制约乌梁素海流域农业可持续发展的重要瓶颈之一,该文针对乌梁素海流域土壤盐碱化的空间复杂性与反复发生性,根据乌梁素海流域植被特征,采集了20个代表性样点的土壤0~30cm分层样品.利用电导法和电位法分别测定了土壤中总含盐量和pH,运用surfer插值软件克里金插值法(Kriging)得到了研究区的土壤盐分和pH值的空间分布.研究结果表明:在空间分布上乌梁素海流域土壤中盐分和pH呈现出显著地表聚趋势,而且随着土层的加深盐碱化程度呈现降低的趋势.总体上说,乌梁素海流域土壤的盐碱化现象仍较严重,除春季压盐措施外,需要进行灌溉方式改善和化学改良剂使用等盐碱化治理措施.